期刊观察--频率选择表面的等效电路分析_电路

期刊观察--频率选择表面的等效电路分析

频率选择表面的响应通常通过三维全波 FEM 和 FDTD 法来评估。但结果的计算成本很高。为了立即了解频率选择表面屏蔽的电磁特性，可以采用基于频率选择表面作为集总网络的近似的等效电路分析。

参考文献

[1] F. Costa, A. Monorchio, and G. Manara, “Efficient Analysis of Frequency-Selective Surfaces by a Simple Equivalent-Circuit Model,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 54, no. 4, pp. 35–48, Aug. 2012, doi: 10.1109/MAP.2012.6309153.

FSSs

As shown below👇

frequency-selective surfaces等效电路模型集总参数技术

在八十年代，Langley等人试图推导出更复杂元素（例如，环、双环、十字架、耶路撒冷十字架）的分析关系。

然而，推导出的公式往往相当复杂，失去了电路模型所基于的直观理解。

任意形状的频率选择表面在法向入射时的阻抗可以根据 MoM 公式的阻抗矩阵计算出来。

在单一谐振形状的假设下，简单的LC电路可以适应电容式频率选择表面的频率响应。对于电感频率选择表面，并联LC电路应取代LC串联。根据经典传输线规则，可以如下获得独立频率选择表面的阻抗

一旦在两个频率点计算了频率选择性表面阻抗，就可以通过求解一个双方程系统来计算近似真实阻抗的电容和电感值，

这样就可以得出C和L的值

一旦推导出等效电路参数，就可以根据以下传输线关系计算频率选择表面的近似反射和透射系数（T，τ）

FSSs等效电路模型的发展

自20世纪初以来，许多研究人员试图推导出能够充分再现频率选择性表面特性的精确公式。

简而言之，Korontovich提出的平均公式在准静态范围内很好地近似了简单的频率选择性表面元素，如网格或贴片阵列。在重复周期远小于波长的条件下，上述元件分别具有纯电感和电容行为。当频率上升到第一共振时，该模型显然失败了，因为它没有考虑任何共振现象。

后来，其他作者通过包括半经验关系来改进这些模型，这些关系允许对金属网格和网格进行分析，直至第一次共振。一些文章分析了这些技术的准确性。即使在最佳公式中是准确的（考虑到它们是在没有任何计算机辅助软件的情况下获得的），这些公式也只能应用于特定的频率选择性表面形状。

End

频率选择表面是由大量无源谐振单元组成的单屏或多屏周期性阵列结构，通常由周期性排列的金属贴片单元或在金属屏上周期性排列的孔径单元构成。这种表面可以在单元谐振频率附近呈现全反射（贴片型）或全传输特性（孔径型），因此也被称为“空间滤波器”。

来源：灵境地平线

期刊观察--近场聚焦（NFF）微波天线

将天线辐射的电磁场聚焦在天线近场（NF）区域中的一点是一种众所周知的技术，可以在靠近天线孔径的尺寸有限的点区域中增加电磁功率密度。NFF阵列本质上利用了天线阵列的极大灵活性来控制旁瓣电平，塑造-3dB焦斑，实现多焦点NFF天线，并对焦点进行电子扫描。参考文献 [1] P. Nepa and A. Buffi, “Near-Field-Focused Microwave Antennas: Near-field shaping and implementation,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 59, no. 3, pp. 42–53, Jun. 2017, doi: 10.1109/MAP.2017.2686118.NFF天线As shown below👇NFF天线技术菲涅耳波带片透镜天线、发射阵列和反射阵列也被认为可以实现NFF平面透镜天线，这些天线可以被认为是能够塑造传统馈电天线辐射的电磁场相位前沿的设备。所有这些都是为了避免电大NFF微带阵列馈电网络带来的复杂性和损耗。在发射阵列和反射阵列中，通过适当修改准周期发射/反射表面晶胞的一个或多个几何参数来获得所需的相移。NFF天线解决方案还包括在天线孔径前带有电介质透镜的金字塔或圆锥形喇叭、椭球反射天线和漏波（LW）天线。将辐射场聚焦在天线NF区域中某一点的经典方法由弯曲的LW引导结构组成。为了避免笨重的弯曲引导结构，可以使用锥形直线LW引导结构。NFF LW天线也可以通过使用嵌入散射体层中的非周期散射体来获得，这会导致沿波导层传播的渐逝波散射，使得散射场在所选焦点处同相。在NFF LW天线中，泄漏模式的固有色散特性允许对焦点进行频率扫描。由开槽波导天线、径向线槽天线和开口波导阵列制成的NFF天线与印刷天线技术相比，波导天线显示出更好的效率和更高的功率处理能力。最近，也有研究使用介电谐振器天线和表面集成波导技术的NFF天线。用于短距离无线系统的NFF天线与传统的聚焦 FF 天线相比，NFF 天线在辐射功率密度水平以及场振幅峰值周围点区域较小尺寸所保证的空间分辨率方面的优势，使 NFF 天线对许多无线系统具有很大的优势。无线远程识别系统在射频识别（RFID）应用中，标记物品的预期位置非常靠近阅读器天线，所以标签位于阅读器天线NF区域。因此，相对于传统的FF聚焦天线，NFF RFID阅读器天线可能更有优势。工业微波应用在非接触式、非破坏性的微波材料检测中，当测量大样品中材料特性的小空间变化或测试小材料样品时，聚焦场可以有效地提高传感器灵敏度。NFF阵列也可用于微波辐射测量的温度传感。其他应用包括工业微波加热、地下探测、隐蔽武器探测、有损介质内异物探测、等离子体加热、非致命微波武器和短程、高数据速率点对点通信。局部热疗和成像系统聚焦技术已被应用于生物医学工程，以提高成像系统的空间分辨率或提高尺寸有限的斑点区域的温度。例如，在微波热疗施加器中，沉积的功率密度必须在患病组织周围的有限区域内最大化，而不会使周围的健康组织过热。进一步的应用可能存在于无线内窥镜胶囊的通信/跟踪系统或用于远程监测生命体征的天线中。无线电力传输系统在非辐射无线电力传输系统中，接收和发射天线的尺寸都需要与工作距离相当。然后，在上述距离不够小的应用中，辐射耦合是强制性的解决方案；与传统的FF聚焦天线相比，NFF天线可以提高接收天线处的功率传输效率。多焦点NFF天线也可应用于移动电子设备的多点无线充电系统，或用于同时进行无线信息和电力传输的智能天线。天线测量设施中的NFF天线在焦平面中，靠近天线轴，当焦点从FF区域向天线孔径移动到不低于天线孔径的距离时，NFF天线呈现出类似FF的辐射图案，看起来像同一天线的非聚焦版本的FF图案。类似FF的图案（特别是具有深零点和小波束宽度的图案）只出现在焦平面附近，而当观察平面靠近阵列平面或进入天线FF区域时，这种特征就会消失。End NFF天线在短程无线微波系统中受到了相当大的关注，因为在所有那些电大微波天线仍能满足物理尺寸要求的应用中，NFF天线相对于传统的FF聚焦天线来说都是一种有利的解决方案。-3dB焦斑的三维尺寸、焦移、聚焦增益和焦斑区域周围的次级波瓣水平是用于表征NFF天线的指标。来源：灵境地平线